Forschungsbereich Erde und Umwelt

Die Erd- und Umweltforschung untersucht die grundlegenden Funktionen des Systems Erde und die Wechselwirkungen zwischen Gesellschaft und Natur und schafft damit eine solide Wissensbasis, um die menschlichen Lebensgrundlagen langfristig zu sichern.

Einblicke in den Forschungsbereich Erde und Umwelt

Hier stellen wir Ihnen aktuelle Forschungsprojekte von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Helmholtz-Zentren vor.

Mit MOSES zur rechten Zeit am rechten Ort

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ

Neun Helmholtz-Forschungszentren bauen in den kommenden fünf Jahren gemeinsam ein flexibles und mobiles Messsystem zur Erdbeobachtung auf: MOSES – Modular Observation Solutions for Earth Systems. Damit wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen, wie kurzfristige hochdynamische Ereignisse die langfristige Entwicklung der Umwelt beeinflussen: Welche Auswirkungen haben Hitzewellen und Trockenheit auf die Vegetation oder Luftqualität? Wie verändern Hoch- und Niedrigwasser die Gewässerqualität, Ökosysteme und Küstengebiete? Wie beeinflussen Ozeanwirbel den Energietransport und die Nahrungsketten der Meere? Was sind die Ursachen und Folgen des abrupten Auftauens von Permafrost-Böden?

Bislang können auf solche Fragen keine befriedigenden Antworten gegeben werden. MOSES soll diese Lücke schließen und Veränderungen des Erdsystems zukünftig auf verschiedenen Raum- und Zeitskalen erfassen. Knapp 28 Millionen Euro investiert Helmholtz deshalb in den Aufbau der Forschungsinfrastruktur, koordiniert wird MOSES am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ in Leipzig.

Das Beobachtungskonzept basiert auf dem Zusammenspiel von ereignisorientierten, kurzfristig einsetzbaren Messsystemen und langfristig ausgelegten Monitoring-Programmen. Modular kombinierbare Sensorsysteme können ereignis- und standortspezifisch zu Multiparameter-Netzwerken und Untersuchungsplattformen zusammengestellt werden. Neben der Entwicklung von neuen Messgeräten wird vorhandene Technik angepasst, miniaturisiert oder automatisiert. So müssen Instrumente zum Beispiel so stark verkleinert werden, dass sie auf Trägersysteme wie Drohnen oder Mini-Ballons passen: Sogenannte Glider, die autonom in unterschiedlichen Wassertiefen Proben nehmen, werden beispielsweise mit Multiparameter- Sensorik ausgerüstet – genauso wie Unterwasserfahrzeuge, die künftig selbstständig auf vorgegebenem Kurs durch das Meer steuern sollen. Die Beobachtungsdaten zur langfristigen Entwicklung kommen aus bestehenden nationalen und internationalen Monitoring- Programmen. Dazu gehören zum Beispiel ICOS (Intergrated Carbon Observation System), LTE R (Long-Term Ecological Research) oder Helmholtz- Observatorien wie TERENO (Terrestrial Environmental Observatories), COS YNA (Coastal Observing System), CVOO (Cape Verde Ocean Observatory), die SA MOYLO V Permafrost Observation Station sowie Satellitenmissionen wie GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment).


Rekordkonzentration von Mikroplastik im arktischen Meereis

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar und Meeresforschung (AWI), haben im arktischen Meereis so viel Mikroplastik wie nie zuvor gefunden. Die Eisproben enthielten zum Teil mehr als 12.000 Mikroplastik-Teilchen pro Liter Meereis. Der Ursprung der Plastikpartikel ist vielfältig. Die Spuren reichen bis zum Müllstrudel im Pazifischen Ozean. Der hohe Anteil von Lack- und Nylonpartikeln verweist zudem auf den zunehmenden Schiffsverkehr und Fischfang im Arktischen Ozean.


Wolkenbildung: Feldspat als Gefrierkeim

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Rund 90 Prozent des Niederschlags über Kontinenten hängen davon ab, dass sich in Wolken Eiskristalle bilden, die dann durch ihr Gewicht nach unten fallen. Das Wasser gefriert nur, wenn bestimmte, seltene Staubpartikel vorhanden sind. Diese mikroskopischen Gefrierkeime bestehen oft aus Feldspat. Forscherinnen und Forscher des KIT sowie des University College London konnten nun zeigen, dass Eis nicht auf den von außen zugänglichen Kristallflächen des Feldspats zu wachsen beginnt, sondern an mikroskopischen Defekten wie Stufen, Rissen und Vertiefungen.


Böden im Wandel

Forschungszentrum Jülich

In welchem Ausmaß grüne Pflanzen den Anstieg des Treibhausgases CO 2 in der Atmosphäre bremsen können, ist bislang schwer zu kalkulieren. Eine vom BMBF geförderte Nachwuchsgruppe um den Jülicher Agrosphärenforscher Alexander Graf untersuchte den Austausch von Treibhausgasen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre und ermittelte die CO 2-Bilanz von zwei unterschiedlich bewirtschafteten Feldern. Das Ergebnis: Das Feld, auf dem Zwischenfrüchte angebaut wurden, nahm rund 60 Prozent mehr CO 2 auf. Messungen mit der Forschungsinfrastruktur ICOS – Integrated Carbon Observation System – sollen weitere Werte liefern.


Mobile Todeszonen im Atlantik

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Immer wieder bilden sich vor den Küsten Westafrikas 100 bis 150 Kilometer große Ozeanwirbel, die anschließend westlich über den Atlantik wandern. Forschende des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel konnten diese Wirbel erstmals direkt beproben. Dabei stellten sie fest, dass deren Inneres oft nahezu sauerstofffrei ist. Bei der weiteren Auswertung der Daten wiesen die Beteiligten Prozesse nach, die aus dem Atlantik vorher nicht bekannt waren. Dazu gehört auch die natürliche Produktion erheblicher Mengen von Treibhausgasen.


Wie Pflanzen durch Duftstoffe Krankheiten abwehren

Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Flüchtige Monoterpene, die Fichtennadeln ihren Duft verleihen, aktivieren in bakteriell befallenen Pflanzen eine Immunabwehr, die gleichzeitig Warnsignale für ihre benachbarten Pflanzen sind. Dies konnten Arbeitsgruppen des Instituts für Biochemische Pflanzenpathologie des Helmholtz Zentrums München am Pflanzenmodell Arabidopsis thaliana erstmals nachweisen. Die Wirkung dieser Duftstoffe als flüchtiges Immunsignal könnte zukünftig neue Ansätze im Pflanzenschutz, auch gegen bakterielle Krankheitserreger und Pilze, ermöglichen.


Wenn Kontinente zerbrechen, wird es warm auf der Erde

Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Der CO 2-Gehalt der Atmosphäre ist maßgeblich für die Klimaentwicklung. Bevor der Mensch begann, diesen zu beeinflussen, wurde er allein durch natürliche Prozesse bestimmt. Als eine maßgebliche Kohlenstoffquelle galt Vulkanismus an mittelozeanischen Rücken, über den CO 2 aus der Tiefe an die Oberfläche gelangt. GFZ-Forscher haben nun gezeigt: Noch mehr CO 2 entgast an den „Riftzonen“, wo Kontinente zerbrechen – etwa in Ostafrika oder dem Egergraben. Dies bezieht sich jedoch auf geologische Zeiträume. Im Vergleich dazu ist die gegenwärtige anthropogene CO2-Freisetzung deutlich größer.


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Kontakt

    • Prof. Dr. Antje Boetius
    • Forschungsbereichskoordinatorin Erde und Umwelt
      Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

 

"Taking the pulse of the planet" 

Broschüre des Helmholtz Earth Observatory Network (Januar 2013)

 

Integrierte Forschung zur Lösung globaler Wasserprobleme

Broschüre des Helmholtz Wasser Netzwerks